Dinámica de fluidos geofísicos através de dinámica de fluidos computacional

Pablo CornejoDepartamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Concepción

Concepción, Chile

Dirección: Edificio Facultad de Ingeniería, Barrio Universitario.3er piso Departamento de Ingeniería Mecánica of. 333.Teléfono : 56-41-2203547Email: pabcornejo@udec.cl

Tópicos

• Dinámica de fluidos geofísicos

• Estado del arte modelación de GFD

• ¿Por qué modelar GFD a través de CFD?

• Aproximaciones para modelar GFD através de CFD

• Casos de estudio

Dinámica de fluidos geofísicos (GFD)

Dinámica de fluidos geofísicos

GFD: estado del arte

Modelos disponibles:

• Océano: ROMS, FVCOM, DHI MIKE 3, HICOM, NEOWAVE.

• Atmósfera: WRF, MM5

Características:

• Mín. Res. ~ 1km – 500m, aproximaciones físicas incompatibles

com la pequeña escala, modelos de turbulencia simples, poca

flexibilidad geometrías complejas, poca flexibilidad de condiciones

de borde.

¿Por qué modelar GFD através de CFD?

1. Actividades productivas, industriales, desarrolladas en ambientes descritos por

GDF que requieren modelación en cualquiera de sus etapas: planificación,

diseño, evaluación, optimización.

2. Actividades científicas: ingeniería, oceanografía, geofísica.

¿Por qué modelar GFD através de CFD?

Ciertas actividades de interés económico y científico

asocidas a GFD requieren:

1. Describir la microescala: res ~ 1-10 m.

2. Resolver velocidades verticales del orden de las

horizontales.

3. Modelos de turbulencia de mediana y alta complejidad.

4. Incorporar detalles geométricos de pequeña escala.

¿Por qué modelar GFD através de CFD?

El estado actual de los códigos CFD no permiten la

modelación GFD.

1. No incorporan rotación ni estatificación.

2. Manejo de base de datos topográficas y batimétricas

(netCFD).

3. Difusión turbulenta vertical distinta de la horizontal.

CFD + rotación y estratificación

1. Rotación: incorporación de los términos fuentes relacionados

a coriolis mediante UDF.

2. Estratificación: resolución de una ecuación de conservación

para la salinidad e incorporación de una ecuación de estado

mediante UDF.

Difusión turbulenta: Aprox. N°1

1. Sobre la base de un modelo laminar se programan los

términos difusivos mediante UDF considerando un

coeficiente de difusión constante para la horizontal y un

modelo algebraico para la vertical.

Difusión turbulenta: Aprox. N°2

1. Emplear intefases no-conformes para nidar dominos. Para

dominios con grillas computacionales de mediana razón de

aspecto, emplear modelo de turbulencia algebraico y

programar modificación de la viscocidad turbulenta mediante

UDF. Emplear grillas isotrópicas en los dominios anidados.

2. Emplear RSM com grilla de mediana razón de aspecto.

Caso N° 1: Efecto hidrodinámico de un centro de cultivo de salmones sobre la hidrodinámica natural

V [m/s]

Caso N° 1: Efecto hidrodinámico de un centro de cultivo de salmones sobre la hidrodinámica natural

V'/V [%]

Caso N° 2: Mezcla vertical asociada a estructuras de alta resolución en frentes superficiales de oceano

Caso N° 2: Mezcla vertical asociada a estructuras de alta resolución en frentes superficiales de oceano

Caso N° 3: Mezcla vertical asociada a estructuras de alta resolución en frentes superficiales de oceano

Ro Den. Kg/m3

Vz m/s